Cimentos de aluminato de cálcio - Calcium aluminate cements
Os cimentos de aluminato de cálcio são cimentos constituídos predominantemente por aluminatos de cálcio hidráulicos. Os nomes alternativos são "cimento aluminoso", "cimento de alta alumina" e "Ciment fondu" em francês. Eles são usados em várias aplicações especializadas de pequena escala.
História
O método de fazer cimento a partir de calcário e bauxita com baixo teor de sílica foi patenteado na França em 1908 por Bied da Pavin de Lafarge Company . O desenvolvimento inicial resultou da procura de um cimento com resistência ao sulfato. O cimento era conhecido como "Ciment fondu" em francês. Posteriormente, suas outras propriedades especiais foram descobertas, e isso levou ao seu futuro em aplicações de nicho.
Na década de 2010, o produto foi encontrado no mercado dos Estados Unidos sob o nome de cimento FONDAG (FOND Aluminous Aggregate), às vezes referido como ALAG (ALuminous AGgregate). O cimento FONDAG é uma mistura de até 40 por cento de alumina, estável em altas temperaturas e ciclos térmicos de −184-1,093 ° C (−300-2.000 ° F)
Composição
O principal constituinte ativo dos cimentos de aluminato de cálcio é o aluminato monocálcico (CaAl 2 O 4 , CaO · Al 2 O 3 ou CA na notação química do cimento ). Geralmente contém outros aluminatos de cálcio , bem como várias fases menos reativas derivadas de impurezas nas matérias-primas. Em vez disso, uma ampla gama de composições é encontrada, dependendo da aplicação e da pureza da fonte de alumínio usada. Os constituintes de algumas formulações típicas incluem:
| Óxido / Mineral | Propósito geral | Buff | Branco | Refratário |
|---|---|---|---|---|
| SiO 2 | 4,0 | 5.0 | 2,7 | 0,4 |
| Al 2 O 3 | 39,4 | 53,0 | 62,4 | 79,6 |
| Fe 2 O 3 | 16,4 | 2.0 | 0,4 | 0 |
| CaO | 38,4 | 38,0 | 34,0 | 19,8 |
| MgO | 1.0 | 0,1 | 0,1 | 0 |
| Na 2 O | 0,1 | 0,1 | 0 | 0 |
| K 2 O | 0,2 | 0 | 0 | 0 |
| TiO 2 | 1,9 | 1.8 | 0,4 | 0,1 |
| Aluminato monocálcico | 46 | 70 | 70 | 35 |
| Hepta-aluminato de dodecacálcio | 10 | 5 | 0 | 0 |
| Dialuminato monocálcico | 0 | 0 | 17 | 30 |
| Belite | 7 | 5 | 0 | 0 |
| Gehlenita | 4 | 14 | 11 | 1 |
| Ferrite | 24 | 5 | 2 | 0 |
| Pleocroite | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Wüstite | 7 | 0 | 0 | 0 |
| Coríndon | 0 | 0 | 0 | 33 |
Todas as fases minerais tomam a forma de soluções sólidas com composições um tanto variáveis
Fabricar
O cimento é feito pela fusão de uma mistura de um material contendo cálcio (normalmente óxido de cálcio do calcário ) e um material contendo alumínio (normalmente bauxita para fins gerais, ou alumina refinada para cimentos brancos e refratários). A mistura liquefeita se resfria em um clínquer vesicular semelhante ao basalto , que é moído sozinho para produzir o produto acabado. Como a fusão completa geralmente ocorre, as matérias-primas em forma de caroço podem ser usadas. Um arranjo de forno típico compreende um forno reverberatório fornecido com um pré-aquecedor de eixo no qual os gases de exaustão quentes passam para cima enquanto a mistura de matéria-prima em massa desce. O pré-aquecedor recupera a maior parte do calor dos gases de combustão, desidrata e dehidroxila a bauxita e descarbonata o calcário. O material calcinado cai na "extremidade fria" do banho de fusão. O derretimento transborda da extremidade quente da fornalha em moldes nos quais esfria e se solidifica. O sistema é alimentado com carvão pulverizado ou óleo. Os lingotes de clínquer resfriados são triturados e moídos em um moinho de bolas . No caso de cimentos refratários de alta alumina , onde a mistura apenas sinteriza, pode ser utilizado um forno rotativo .
Reação com água
As reações de hidratação dos cimentos de aluminato de cálcio são muito complexas. As fases de desenvolvimento de força são aluminato de monocálcio, hepta-aluminato de cálcio dodeca e belite . Aluminoferrite cálcio, dialuminate monocalcium, guelenita e pleochroite contribuem pouco para a força.
Os aluminatos reativos reagem com água inicialmente para formar uma mistura de:
CaO · Al 2 O 3 · 10 H 2 O,
2 CaO · Al 2 O 3 · 8 H 2 O,
3 CaO · Al 2 O 3 · 6 H 2 O e gel de Al (OH) 3 ,
as quantidades de cada um dependendo da temperatura de cura. Os primeiros dois hidratos subsequentemente se decompõem em uma mistura de 3 CaO · Al 2 O 3 · 6 H 2 O, gel de Al (OH) 3 e água, sendo esse processo denominado "conversão". Devido à perda de água, a conversão provoca um aumento da porosidade, que pode ser acompanhado por uma diminuição da resistência. Isso não precisa ser um problema no concreto estrutural, desde que um teor de cimento suficientemente alto e uma relação água / cimento suficientemente baixa sejam empregados.
Formulários
Devido ao seu custo relativamente alto, os cimentos de aluminato de cálcio são usados em uma série de aplicações restritas onde o desempenho alcançado justifica os custos:
- em concretos de construção, onde é necessário um rápido desenvolvimento de resistência, mesmo em baixas temperaturas.
- como um revestimento protetor contra corrosão microbiana , como na infraestrutura de esgoto .
- em concretos refratários , onde é necessária resistência em altas temperaturas.
- como um componente em formulações de cimento misturado, várias propriedades, como desenvolvimento de resistência ultrarrápida e expansão controlada, são necessárias.
- em redes de esgoto por sua alta resistência à corrosão por sulfeto biogênico .
Aplicativos de redes de esgoto
A resistência à corrosão biogênica de cimentos de aluminato de cálcio é usada hoje em três aplicações principais:
- O tubo de ferro dúctil para águas residuais tem um revestimento interno feito de argamassa de cimento de aluminato de cálcio,
- Tubos de concreto para esgoto podem ser feitos com concreto de cimento de aluminato de cálcio de massa total ou com um revestimento interno de argamassa de cimento de aluminato de cálcio,
- Reabilitação de infra-estruturas de esgotos acessíveis ao homem com argamassa 100% aluminato de cálcio utilizando um dos seguintes métodos de instalação: pulverização húmida de baixa pressão, pulverização húmida de cabeça giratória ou pulverização seca de alta pressão (gunite).
Problemas
O uso incorreto de cimentos de aluminato de cálcio levou a problemas de construção, especialmente durante o terceiro quarto do século 20, quando este tipo de cimento era usado por causa de suas propriedades de endurecimento mais rápido. Após vários anos, alguns edifícios e estruturas desabaram devido à degradação do cimento e muitos tiveram de ser demolidos ou reforçados. O calor e a umidade aceleram o processo de degradação denominado "conversão".
Em 8 de fevereiro de 1974, o telhado de uma piscina desabou no Reino Unido. Em Madrid, Espanha, um grande bloco habitacional apelidado de Coreia (porque foi construído para abrigar americanos durante a Guerra da Coréia ), construído de 1951 a 1954, foi afetado e teve de ser demolido em 2006. Também em Madrid, o estádio de futebol Vicente Calderón foi afetado e teve que ser parcialmente reconstruída e reforçada.
Referências
- ^ Hewlett PC (Ed.) (1998) Lea's Chemistry of Cement and Concrete: 4th Ed , Arnold, ISBN 0-340-56589-6 , Capítulo 13.
-
^ "FONDAG" . Água Online . 2019 . Recuperado em 29 de agosto de 2019 .
ALAG (ALuminous AGgregate) é um agregado de aluminato de cálcio sintético fabricado pela fusão de bauxita e calcário em um agregado parcialmente recristalizado de aproximadamente 40% de alumina. É essencialmente clínquer Fondu, triturado e dimensionado em graus comumente necessários para formuladores de concreto e moldáveis.
- ^ Taylor HFW (1990) Cement Chemistry , Academic Press, ISBN 0-12-683900-X , p. 317.
- ^ Taylor ibid p. 330
- ^ https://www.architectsjournal.co.uk/archive/trial-and-error-2
- ^ http://www.elmundo.es/papel/2007/02/07/madrid/2082060.html